DE1577757B2 - Verfahren und vorrichtung zur elektrostatischen beschichtung eines gegenstandes mit pulverisiertem ueberzugsmaterial - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur elektrostatischen Beschichtung eines Gegenstandes mit pulverisiertem Überzugsmaterial, bei welchem das aufzutragende Pulver in der Vorrichtung elektrisch aufgeladen und das aufgeladene Pulver an dem, als Elektrode mit geeignetem Potential und Polarität geschalteten Gegenstand abgesetzt wird.

Um beispielsweise einen metallischen Gegenstand mit einem Schutz- oder Farbüberzug zu versehen, wird das Uberzugsmaterial als feines Pulver auf den zu überziehenden Gegenstand aufgebracht und in einer nachfolgenden Wärmebehandlung an diesen angesintert. Die mangelhafte Kohäsion und Adhäsion der weitaus meisten anwendbaren pulverisierten Materialien erschwert beträchtlich die Herstellung einer ausreichend dicken, gleichmäßigen und festhaftenden Schicht. Zur Herstellung solcher Schichten sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt geworden.

Das ursprünglich Verfahren ist das sogenannte »Wirbelsintern«. Bei diesem Verfahren wird das Pulver in einem turbulenten Luftstrom so gleichmäßig als möglich durcheinandergewirbelt und das vorgeheizte Objekt in dieses Sinterbad eingetaucht. Um von diesem lästigen und unwirtschaftlichen Vorheizen des zu beschichtenden Gegenstandes loszukommen, ist man dazu übergegangen, das Objekt gegenüber der Badwandung auf Hochspannung zu legen, so daß sich die im wesentlichen elektrisch ungeladenen Pulverpartikeln elektrostatisch an dieses anlagern konnten. Eine Abwandlung hiervon hat als »Beflokkungsverfahren« praktische Bedeutung erlangt. Zum Beflocken wird das aufzutragende zerkleinerte Überzugsmaterial auf eine ebene, als Elektrode ausgebildete Unterlage lose aufgeschichtet und der als zweite Elektrode geschaltete zu überziehende Gegenstand darüber hinweggeführt, wobei beide Elektroden an einen Gleichspannung erzeugenden Hochspannungsgenerator angeschlossen sind, so daß die auftretenden elektrostatischen Kräfte sowohl den Transport des Überzugsmaterials als auch dessen Haftung am Gegenstand übernehmen.
Einen wesentlichen Fortschritt gegenüber diesen ursprünglichen und einfachen Verfahren brachte das elektrostatische Pulversprühen, bei welchem das zu überziehende Objekt an Erde gelegt und das Pulver durch eine an Hochspannung angeschlossene Sprühvorrichtung elektrisch aufgeladen und gegen das Objekt hin zerstäubt wird. Mit diesem Verfahren werden im allgemeinen befriedigende Resultate erzielt. Schwierigkeiten treten jedoch immer dann auf, wenn beispielsweise Gegenstände mit tiefen Einbuchtungen, wie schmalen Nuten, belegt werden sollen und wenn in einem Arbeitsgang auch die Rückseiten größerer Objekte beschichtet werden sollen. Es ist versucht worden, diese Mängel durch Variation der angelegten Gleichspannung, Partikelgröße, Sprühgeschwindigkeit, durch Anordnung von elektrostatisehen Gegenfeldern, besondere Ausbildung der Sprühköpfe usw. zu beseitigen, befriedigende Ergebnisse sind jedoch bisher nicht erreicht worden.

Zweck der Erfindung ist, ein elektrostatisches Pulversprühverfahren aufzuzeigen, mit dem auf praktisch beliebig geformten Gegenständen eine gleichmäßige, aus einem pulverisiertem Überzugsmaterial bestehende Schicht aufgebracht werden kann.

Ein weiterer Zweck der Erfindung ist eine geeignete Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anzugeben.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß das aufzutragende Pulver mittels eines Gasstromes durch einen isolierten Kanal geblasen wird, in dem sich die Pulverpartikeln durch Reibung elektrisch aufladen und daß die elektrisch geladenen Pulverpartikeln durch den Gasstrom zum zu beschichtenden und auf einem bestimmten Potential liegenden Gegenstand transportiert werden.

In einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß um einen rohrförmigen, aus einem isolierenden Kunststoff bestehenden, einerends an einem der Zuführung des Gas-Pulvergemisches dienenden Kunststoffrohr angeschlossenen und

anderenends in einer trichterförmigen Öffnung auslaufenden Ladekanal ein zylinderförmiger, um seine Längsachse mit einstellbarer Geschwindigkeit umlaufender und aus einem zum Material des Ladekanals mindestens äquivalenten Material gefertigter Rotor angebracht, so daß durch Relativverschiebung von Rotor und Ladekanal zwischen Trichterrand und vorderer Rotoröffnung eine in ihrer Länge verstellbare zylindrische Mantelfläche entsteht und daß im Bereich der Öffnung des Ladekanals eine zentrale Prallplatte wegnehmbar angeordnet ist, so daß durch Variation der Rotationsgeschwindigkeit des Rotors und Änderung der Länge der Zylindermantelfläche eine beliebige Änderung des Öffnungswinkels des Pulver-Sprühstrahles erreicht wird.

Das Pulver beim Durchblasen z. B. durch eine Düse elektrisch aufgeladen wird, ist altbekannt. Auch praktische Anwendungsbeispiele hierzu lassen sich finden. Pauthenier verwendet beispielsweise den Effekt, daß sich Pulver aus einem Isoliermaterial im Luftstrom elektrisch auflädt, zur Erzeugung von Hochspannung. Da hierbei die Ladung der Pulverpartikeln üblicherweise an einen Kondensator abgegeben und die Hochspannung vom Kondensator abgenommen wird, kommt es nicht so sehr darauf an, welche spezielle Ladungsmenge von jedem Pulverkorn mitgeführt wird, vielmehr ist es erwünscht, daß sich die Pulverpartikeln zur Erreichung eines guten Wirkungsgrades möglichst hoch aufladen. Dementsprechend wird das Pulvermaterial ausgewählt, werden die Betriebsbedingungen bestimmt und wird die Einrichtung so konstruiert, daß die gewünschte Hochspannung schnell erreicht wird. Beim Pulversprühen zur Erzeugung von Überzügen liegen die Verhältnisse völlig anders. Hier ist das Pulvermaterial und seine Korngröße primär bestimmt und die vom Pulverkorn mitzuführende Ladung ist bei gegebener Anordnung nur in bestimmten, wenn auch weiten Grenzen optimal. Unter diesen Umständen ist es naheliegend, das Pulver durch an Hochspannung liegende Elektroden aufzuladen, wie dies bisher auch durchgeführt worden ist.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß mit den bekannten Sprühverfahren, bei welchen das Pulver durch Hochspannung führende Elektroden aufgeladen wird, nur relativ einfach geformte Gegenstände mit einer einwandfreien Schicht belegt werden können und daß die auf komplizierten Gebilden aufgebrachten Schichten die eingangs summarisch dargelegten Mängel aufweisen.

Die erfindungsgemäße Verwendung der Aufladung eines in einem Gasstrom geförderten Pulvers zur elektrostatischen Abscheidung dieses Pulvers auf einem geerdeten Objekt entbehrt somit nicht eines gewissen Überraschungsmomentes.

In zahlreichen Versuchen ist festgestellt worden, daß das Abblasen elektrisch selbstaufgeladenen Pulvers für eine elektrostatische Beschichtung eines Gegenstandes derart günstige Voraussetzungen schafft, daß bereits in vielen Fällen ohne zusätzlichen Aufwand auch bei kompliziert geformten Gegenständen gleichmäßige und einwandfreie Schichten erhalten werden.

Den verschiedenen Aufgaben entsprechend, welche die auf Gegenständen aufgebrachten Überzüge zu erfüllen haben, werden für deren Herstellung auch die verschiedensten Materialien in verschiedenen Korngrößen verwendet. Es ist bereits erwähnt worden, daß es bei der elektrostatischen Bestäubung zur Erzielung einwandfreier Schichten erforderlich ist, die Ladung der Pulverpartikeln in bestimmten Grenzen zu halten. Das erfindungsgemäße Verfahren wird demnach allgemein nur dann anwendbar sein, wenn die Selbstaufladung des Pulvers in irgendeiner Form steuerbar ist. Zur Steuerung der Selbstaufladung bieten sich viele Möglichkeiten an, die leztlich in zwei Kategorien aufteilbar sind: Beeinflussung der Selbstaufladung durch Änderung der physikalischen Eigenschaften der Bestäubungskomponenten Pulver und Gas, wie z. B. Feuchtigkeit, Dampfgehalt, sowie Änderungen der Länge des isolierten Ladekanals oder des Zuführungsrohres, Verwendung von Sprühköpfen verschiedener Masse und Oberfläche. Zur Steuerung der Selbstaufladung sind somit offensichtlich genügend variierbare Parameter vorhanden, um für jede spezielle Aufgabe leicht die optimalen Bedingungen zu schaffen.

Selbstverständlich kommt auch dem Sprühstrahl selbst zur Erzielung möglichst gleichmäßiger Schichten eine gewisse Bedeutung zu. Ebene und große Flächen werden mit einem Sprühstrahl bestäubt, welcher einen möglichst großen Öffnungswinkel aufweist, Gegenstände mit tiefen und schmalen Einschnitten dagegen mit einem schmalen Sprühstrahl, damit eine möglichst hohe Tiefenwirkung erzielt wird. Dies hat mit dem erfindungsgemäßen Verfahren an sich direkt nichts zu tun, muß aber bei einer Vorrichtung beachtet werden, wenn diese in allen praktisch vorkommenden Fällen bei beliebig geformten Gegenständen gleichmäßig und einwandfreie Schichten liefern soll.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.

Auf das Ende einer Rohrleitung oder eines Schlauches 1 z. B. aus Kunststoff ist der Ladekanal 2 aufgesetzt. Der Ladekanal 2 hat die Form eines Rohrstükkes, dessen freie Öffnung in einen Trichter 3 ausläuft und ist zweckmäßigerweise ebenfalls aus Kunststoff gefertigt. Die Rohrleitung 1 dient der Zuführung des Pulver-Gasgemisches, das in einem besonderen Aggregat in bekannter Weise vorbereitet wird. Um den Ladekanal 2 ist, um dessen Achse rotierend, ein zylindrischer Teil als Rotor 4 angeordnet. Die Antriebs- und Lagerteile für den Rotor 4 sind in der Zeichnung nur schematisch dargestellt und mit 8 bezeichnet. Die Lagerung ist derart, daß der Rotor 4 gegenüber dem Ladekanal axial verschoben werden kann, so daß zwischen der Öffnung des Rotors 4 und des Trichters 3 eine zylindrische Mantelfläche 5 mit variabler Länge entsteht. In der Achse des Ladekanals und vor der Trichteröffnung ist eine Prallplatte 7 angeordnet, die mit Vorrichtungen zum Herausklappen ausgestattet ist und mit einer zentralen Öffnung versehen sein kann. Vor der Mündung des Rotors 4 können in an sich bekannter Weise Gitter oder Stäbe 6 angeordnet sein, die zusammen mit dem Rotor 4 quer zur Achse des Ladekanals 2 rotieren und ein Wirbelfeld erzeugen, in welchem die Staubpartikel des Sprühstrahles eine Bewegungskomponente senkrecht zur Ladekanalachse erhalten, so daß der Sprühstrahl auseinandergezogen wird. Der Sprühkopf selbst hat lediglich die Aufgabe, den öffnungswinkel des Sprühstrahles den gestellten Anforderungen anzupassen. Zur Erzielung einer Tiefenwirkung ist ein möglichst gebündelter Sprühstrahl erforderlich. Die Bündelung des Sprühstrahles kann durch

Änderung der Drehzahl zusammen mit Änderung der Länge des zylindrischen Mantelteiles, also durch eine Relativverschiebung von Rotor und Ladekanal leicht beliebig eingestellt werden, wobei zur Erzielung eines sehr engen Sprühstrahles die Prallplatte? aus dem Sprühstrahl entfernt und durch mehr oder weniger schnelle Rotation des Sprühkopfes die Förderluft seitlich abgezogen wird, wobei die mit hoher kinetischer Energie behafteten Pulverteilchen geradeaus als relativ scharfer Strahl weiterfliegen und die Kavitäten hineingelangen. Das Einklappen der Prallplatte bewirkt bereits eine erheblich Verbreiterung des Sprühstrahles. Ist die Prallplatte außerdem in axialer Richtung verschiebbar angeordnet, so kann auch leicht die Korngröße des Pulvers berücksichtigt werden, so daß leicht eine große Flächenwirkung erzielt werden kann. Eine kombinierte Flächen- und Tiefenwirkung ist erreichbar, wenn die Prallplatte mit einer zentralen Öffnung versehen ist, so daß der axiale Teil des Sprühstrahles durch diese Öffnung hindurchgeht.

Die Aufladung des Pulvers erfolgt im Ladekanal und natürlich auch in der Zuführungsleitung. Das Ladungsvorzeichen hängt von den verwendeten Materialien ab, und hat wegen des geerdeten Gegenstandes keinen Einfluß auf die Schichtbildung.

ίο In Sonderfällen kann es vorkommen, daß ein Pulver verwendet werden muß, das zufolge von Eigenleitfähigkeit seine Ladung leicht verliert. In diesen Fällen ist es dann erforderlich, das Pulver nach den herkömmlichen Verfahren zusätzlich durch eine Hochspannung aufzuladen. Wie gesagt, sind dies jedoch Sonderfälle, die praktisch nur sehr selten vorkommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrostatischen Beschichtung eines Gegenstandes mit pulverisiertem Uberzugsmaterial, bei welchem das aufzutragende Pulver elektrisch aufgeladen und das aufgeladene Pulver auf dem auf einem bestimmten Potential liegenden Gegenstand elektrostatisch abgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das pulverisierte Überzugsmaterial zur Aufladung mittels eines Gasstromes durch einen isolierten Kanal geblasen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Selbstaufladung des aufzutragenden Pulvers durch regulierte Feuchtigkeit des Pulvers gesteuert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Selbstaufladung des aufzutragenden Pulvers durch den regulierten Dampfgehalt des Fördergases gesteuert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Selbstaufladung des aufzutragenden Pulvers durch Längenänderung des isolierten Sprühkanals gesteuert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Selbstaufladung des aufzutragenden Pulvers durch partielle Erdung der Zuführungsleitung gesteuert wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß um einen rohrförmigen, aus isolierendem Kunststoff bestehenden, einerends an einem der Zuführung (1) des Gas-Pulvergemisches dienenden Kunststoffrohr angeschlossenen und anderenends in einer trichterförmigen Öffnung (3) auslaufenden Ladekanal (2) ein zylinderförmiger, um seine Längsachse mit einstellbarer Geschwindigkeit umlaufender und aus einem zum Ladekanal mindestens elektrisch äquivalenten Material gefertigter Rotor (4) angebracht ist, wobei durch Relativverschiebung von Rotor (4) und Kanal (2) zwischen Trichterrand und vorderer Rotoröffnung eine in ihrer Länge verstellbare zylindrische Mantelfläche (5) entsteht, und daß im Bereich der trichterförmigen Öffnung (3) des Ladekanals (2) eine zentrale Prallplatte (7) wegnehmbar angeordnet ist.